FACULDADE DE FARMÁCIA, ODONTOLOGIA E ENFERMAGEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
ANDRÉA GALVÃO MARINHO BOMFIM
INFLUÊNCIA DOS PROTOCOLOS DE FOTOATIVAÇÃO NA MICRODUREZA E NO GRAU DE CONVERSÃO DE UMA RESINA COMPOSTA
ANDRÉA GALVÃO MARINHO BOMFIM
INFLUÊNCIA DOS PROTOCOLOS DE FOTOATIVAÇÃO NA MICRODUREZA E NO GRAU DE CONVERSÃO DE UMA RESINA COMPOSTA
Dissertação submetida à Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Odontologia, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre.
Área de concentração: Clínica Odontológica Orientador: Prof. Dr. Sérgio Lima Santiago
FORTALEZA 2009
INFLUÊNCIA DOS PROTOCOLOS DE FOTOATIVAÇÃO NA MICRODUREZA E NO GRAU DE CONVERSÃO DE UMA RESINA COMPOSTA
Dissertação submetida à Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Odontologia, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre, área de concentração em Clínica Odontológica.
Aprovada em _____/_____/_____.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Sérgio Lima Santiago Universidade Federal do Ceará (Orientador)
Prof. Dr.
Universidade Federal do Ceará
Prof. Dr.
AGRADECIMENTOS ESPECIAIS
Ao Prof. Dr. Sérgio Lima Santiago, coordenador do Curso de Mestrado em Odontologia da Universidade Federal do Ceará, pela diligente e competente missão de orientador e pela paciência e disponibilidade em todas as etapas deste trabalho.
Aos Profs. Drs. Josué Mendes Filho e Eduardo Bedê, do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, pela abertura em viabilizar os testes de espectroscopia Raman e possível concretização desta pesquisa, estabelecendo uma rica parceria científica com o Curso de Mestrado em Odontologia.
Aos funcionários Lúcia e Germano, que contribuíram para a realização desse projeto árduo e enriquecedor.
A todos os colegas de turma, especialmente Vanara, Mary, Fabianni e Juliana, que compartilharam todos os momentos dessa caminhada.
Aos meus pais, Odorico e Glória, que sempre me incentivaram a buscar conhecimento e crescimento intelectual e pessoal, contribuindo para o engrandecimento deste trabalho. Ao meu amantíssimo esposo, Mitchel, que me apoiou nos momentos de necessidades e participou efetivamente na concretização deste trabalho.
Às minhas filhas, Marina e Júlia, que sentiram, por várias vezes, a ausência da mãe durante um período bastante extenso.
Aos meus irmãos, Rocino, Thiago, Leonardo e Guilherme, que contribuíram e tornaram possível o término deste trabalho.
Às minhas queridas irmãs, Luciana e Olívia, que foram fundamentais para a efetivação deste trabalho, dispensando-me tanto esforço de suas partes.
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi avaliar in vitro o grau de conversão da resina composta Filtek
valores de dureza observados em relação à localização da mensuração (topo ou base), pode-se obpode-servar que os valores obtidos no topo dos espécimes foram estatisticamente superiores aos observados na base dos mesmos, com exceção do protocolo pulso tardio, onde não houve diferença estatisticamente significante ente as superfícies do topo e da base. O teste de Raman confirmou os resultados achados na microdureza, com o grau de conversão da resina, sendo maior nas superfícies de topo e com maior conversão dos protocolos convencional e soft start.
ABSTRACT
This study evaluate the degree of conversion of composite resin Filtek Z 350 (3M ESPE), on shade A3, using halogen light VIP (Variable Intensity Polymerizer) Junior (Bisco) utilizing three light curing protocols, they are: standard 500mW/cm² by 40 sec; soft start 300mW/cm² by 3 sec and after 500mW/cm² by 30 sec; pulse delay 300mW/cm² by 3 sec, stop by 3 min and 100mW/cm² by 30 sec. The degree of conversion of the resin was analyzed by the test of microhardness Knoop and Raman spectroscopy. Five samples of each type of protocol for the microhardness test had been confectioned and one sample of each protocol for the test of Raman. The tests had been made 24 hours after the polymerization of the samples, that had been stored the dry one, protected from the light and at room temperature. In the microhardness, five indentations had been made in each surface (top and bottom) of the sample with a load of 10gf for 10s. The Raman was obtained from the center of the sample of the top and the bottom surfaces. The results had been submitted the Two-Way ANOVA and to the test of multiple comparisons of Student-Newman-Keuls, to a level of significance of 5%. It can be observed that it had statistical significant differences between the used curing protocols when the analysis was made in the top of specimens, being that the standard curing protocol presented biggest values of hardness. However, when the value of the hardness was obtained from in the opposing extremity of specimens (bottom), statistical significant differences between the curing protocols had not been observed. In the comparisons between the values of hardness observed in relation to the localization of the indentation, it can be observed independently that the values obtained in the top of specimens had been statistical differences, with exception for the protocol pulse delay, where had not significant statistical difference between the surfaces of top and bottom. The test of Raman confirmed the results finds in the microhardness, with the degree of conversion of resin higher in top surface, and with bigger degree of conversion of the conventional and soft start protocols.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ... 10
OBJETIVO ... 18
CAPÍTULO 01 ... 19
CONCLUSÃO ... 32
INTRODUÇÃO
As restaurações de resina composta vêm se tornando cada vez mais populares devido a sua estética e sua fácil técnica de fotopolimerização. As resinas compostas polimerizadas por luz visível geralmente possuem canforoquinona e amina terciária para iniciar a polimerização após a irradiação com luz visível13. O processo de polimerização somente se efetiva nos locais onde houver incidência de luz, apresentando um comprimento de onda que varie, no espectro das radiações eletromagnéticas, entre 460 e 480 nm, o qual é capaz de ativar o componente fotossensível presente nas resinas compostas. Entretanto, durante a polimerização, ocorre a contração da resina, causando um estresse na interface dente-restauração, sendo este um dos principais fatores que levam à falha da restauração44.
As resinas compostas são largamente indicadas como material restaurador, em razão também da maior conservação da estrutura dentária remanescente, uma vez que a extensão do preparo cavitário se restringe à remoção do tecido cariado e adequação das paredes circundantes, possibilitando a obtenção de restaurações conservativas, menos sujeitas às variabilidades volumétricas, e às resultantes dos esforços mastigatórios e de oclusão33. As resinas compostas são constituídas de uma matriz orgânica com moléculas de monômeros, geralmente de bisfenol-glicidil metacrilato (Bis-GMA), de uma matriz inorgânica composta de partículas de carga, além de iniciadores, inibidores, estabilizadores e pigmentos6,4,62 . A matriz orgânica e, principalmente, as partículas inorgânicas passaram por modificações em virtude de inúmeras pesquisas desenvolvidas com esses materiais, como alteração do tipo, da quantidade e do tamanho das partículas, aumentando a resistência ao desgaste e fazendo com que a resina composta se comporte adequadamente diante de restaurações em dentes posteriores.
O entendimento do mecanismo da contração de polimerização é um dos alvos de pesquisadores na área da Odontologia Restauradora. A contração desses compósitos é de natureza molecular e, consequente, da aproximação dos monômeros na formação da cadeia polimérica, ou seja, em função das ligações ocorridas entre os monômeros após a ativação para polimerização43,45.
compostas iniciavam o seu processo de polimerização por uma reação química6,74, através da mistura de duas pastas (base e catalisadora). Entretanto, esse sistema possui algumas desvantagens, tais como a incorporação de bolhas no ato da manipulação das pastas, diminuindo a resistência6,33,58 e aumentando a vulnerabilidade ao manchamento superficial desses materiais58.
Sistemas fotoativados64 foram desenvolvidos, a fim de evitar tais problemas, onde não é necessária a manipulação de duas pastas para o início da ativação da reação, mas sim a aplicação de apenas uma pasta, com elemento fotossensível, que tem polimerização iniciada por radiação, decorrente de uma energia luminosa ou fonte de luz. As resinas ativadas pela luz visível apresentam polimerização mais rápida, são polimerizadas através de estrutura dentária, têm melhores propriedades físicas, além de eliminar iniciadores como aminas aromáticas, onde há melhoria na estabilidade da cor. A canforoquinona é o fotoiniciador presente na maioria das resinas compostas disponíveis no mercado, capaz de absorver a energia dentro do comprimento de onda específico da luz e iniciar o processo de polimerização6,33.
A polimerização das resinas compostas fotoativadas por luz visível começa quando ocorre a exposição da canforoquinona a uma luz com um comprimento de onda de 450 a 500nm. A canforoquinona absorve os fótons de forma a entrar em um estado reativo, denominado tripleto, havendo também a presença de um co-iniciador, que é uma amina terciária, cuja função é auxiliar na formação de radicais livres. Esses são moléculas altamente energéticas, que buscam ligações com os monômeros resinosos, quebrando as ligações duplas covalentes (C=C) presentes nesses monômeros, formando um complexo radical-monômero, o qual procura fazer mais ligações com outros monômeros, resultando em uma molécula maior, o polímero33,73.
orgânica. A alta viscosidade observada nos estágios iniciais da reação química impede que a polimerização ocorra completamente4.
As propriedades físicas e mecânicas de uma restauração podem ser comprometidas em virtude da presença de monômeros residuais na matriz polimérica, agindo como plastificantes54,55. Falhas clínicas, como o aparecimento de fendas na interface dente-restauração, permitindo que haja microinfiltração marginal, cáries recorrentes e efeitos pulpares adversos, levando à falha da restauração, podem estar associadas a um baixo grau de conversão13,74. Dessa forma, os materiais resinosos devem apresentar um grau de conversão adequado para se obter boas restaurações57. O grau de conversão de uma resina composta depende de uma série de fatores, entre os quais o tipo de fonte de luz; a densidade de potência49,58,80; o comprimento de onda da luz emitida; a composição química do material, com relação ao tipo e concentração de monômero; o iniciador e inibidor presentes49,58,59,63; as partículas de carga (tipo, tamanho, quantidade)20,35,63,58,80; o tempo de exposição59,78,80; o diâmetro da ponteira; a profundidade e cor da resina composta13,58,80; e a modulação da fotoativação63,78.
O grau de conversão de uma resina pode ser determinado por meio de uma variedade de métodos, sejam eles diretos ou indiretos. Os métodos indiretos, para determinação do grau de conversão, constituem testes de propriedades mecânicas, como dureza e resistência flexural31. São métodos bastante utilizados, em razão da facilidade de preparação do espécime, baixo custo, disponibilidade de equipamentos e metodologia de fácil aplicação. A dureza é uma propriedade mecânica de difícil definição e representa a interação de outras propriedades físicas e mecânicas dos materiais, cujo valor é obtido mediante a aplicação de uma carga, através de um penetrador acoplado a equipamentos específicos. O conceito de dureza mais aceito é o de resistência à indentação, ou seja, é a resistência do material à deformação plástica. Ela é expressa por um número adimensional que depende da carga aplicada, do modo e da duração da aplicação da carga, e do tipo de penetrador empregado6.
dureza do material, maior a resistência à tração, ao corte, ao dobramento e à abrasão6. O ensaio de dureza pode ser dividido em três tipos, dependendo do modo de execução deste: através de risco (Mohs), por penetração (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop e Meyer) e por choque (Shore). A seleção do tipo de teste deve ser determinada de acordo com o material a ser mensurado. Na área de Ciência dos Materiais, são mais utilizados os ensaios de dureza por penetração e indentação, sendo as durezas Vickers e Knoop as mais utilizadas quando materiais dentários são analisados. A diferença entre esses ensaios baseia-se principalmente no formato do penetrador.
O ensaio de dureza convencional e o de microdureza diferem de acordo com a intensidade da carga usada para comprimir o penetrador. Nos ensaios de microdureza, a carga máxima utilizada é de até 1,0kgf. A indentação deixada na superfície da amostra pelo penetrador da máquina de ensaio de microdureza somente é visível no microscópio, sendo um ensaio aplicável a todos os tipos de materiais6. Existem dois tipos de microdureza, de acordo com o penetrador usado (Vickers e Knoop). No primeiro, Vickers, o penetrador é uma pirâmide de diamante com a base na forma de losango, visualizando-se uma impressão na forma de quadrado. Na microdureza Knoop, utiliza-se um penetrador com base na forma de pirâmide alongada, deixando uma marca na amostra na forma de losango. A área da impressão Knoop é 15% da área de uma impressão Vickers com cargas iguais. Desta forma, a microdureza Knoop pode ser usada para determinar a dureza de regiões finas e de camadas eletrodepositadas ou endurecidas, pelo fato de ser mais estreita do que a Vickers. Entretanto, ambas são capazes de medir a dureza em pequenas regiões de objetos muito finos6,26.
Os métodos diretos, para determinação do grau de conversão, analisam a quantidade de ligações duplas C=C residuais, ou seja, que não foram transformadas em ligações covalentes C-C durante a reação de polimerização. Entre essas técnicas encontram-se: o infravermelho convencional10,23; a espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)29,30,31,69,70; a espectroscopia Raman72; e a espectroscopia Raman com Transformada de Fourier (FT RAMAN)35,75.
espectroscopia vibracional Raman é uma técnica de dispersão (espalhamento) inelástica da luz, como resultado de sua interação com o meio (espalhamento Raman). Na dispersão inelástica, a luz que incide sobre o material será detectada em diferentes freqüências, podendo constituir o espectro Raman da amostra. A partir de meados da década de 80, a espectroscopia Raman passou a ser aplicada quase como uma técnica universal, sendo utilizada em aplicações biológicas e biomédicas61, aplicações arqueológicas, validação de obras de arte, aplicações forenses e criminalistas, pois o espectro Raman é único para cada estrutura molecular, assim como uma impressão digital. As informações que podem ser extraídas em um estudo de espectroscopia FT-Raman consistem basicamente na identificação de materiais desconhecidos e determinação da qualidade e consistência de uma amostra, caracterizando testes de natureza qualitativa41.
A espectroscopia Raman por Transformada de Fourier (FT-Raman) foi desenvolvida para eliminar o problema comum de luminescência em algumas amostras, principalmente amostras orgânicas, que não podem ser devidamente investigadas pela espectroscopia Raman convencional. O problema é eliminado através da aplicação de lasers de baixa energia (no infravermelho próximo - NIR), como fonte de excitação do sinal Raman. Para retirar as informações relevantes, do fraco sinal espalhado pela amostra, é empregada a técnica matemática da Transformada de Fourier.
Nos últimos anos, o uso de aparelhos fotoativadores tornou-se mais frequente nos consultórios odontológicos, em razão do acelerado desenvolvimento de materiais fotoativados, utilizados na clínica diária com ampla aplicabilidade13,74, possibilitando aumento do tempo para inserção, contorno e manipulação do material na cavidade, menor tempo de presa e aumento da resistência do material13.
faixa de interesse para fotoativação da maioria das resinas compostas está entre 400 e 500nm, espectro da luz azul15, sendo totalmente desnecessária para a fotoativação qualquer energia que esteja fora dessa faixa, promovendo somente emissão de calor33.
A luz halógena é a fonte de luz mais utilizada pelos cirurgiões-dentistas para fotoativação de materiais resinosos13,56,75. Geralmente, esses aparelhos operam dentro de uma faixa do espectro da luz visível de 400 a 500nm e com valores de densidade de potência variando de 300mW/cm² a 1000mW/cm².
Na fonte de luz halógena há uma grande quantidade de calor gerado devido à larga faixa de comprimento de onda com muita radiação na região do infravermelho, havendo necessidade da colocação de filtros para barrar toda essa energia desnecessária à fotoativação15,33,74. O calor gerado reduz drasticamente a potência e a vida útil da lâmpada, mesmo havendo um sistema de resfriamento. A produção de altas temperaturas, as quais o filamento de tungstênio é submetido, quando da produção de energia, promove a degradação do bulbo, refletor e filtro ao longo do tempo, reduzindo a densidade de potência do aparelho, podendo comprometer o processo de polimerização das resinas compostas e consequentemente afetando suas propriedades mecânicas e físicas13,32,33,75.Uma densidade de potência abaixo de 300mW/cm2 pode comprometer um adequado grau de conversão das resinas compostas33,47, sendo assim, os profissionais que possuem um aparelho de luz halógena devem submeter os seus aparelhos à averiguação da densidade de potência regularmente.
Desde que se determinou que a contração de polimerização é a principal responsável pelas falhas das restaurações de resina composta, inúmeros estudos têm sido realizados na tentativa de se diminuir ou até mesmo eliminar as infiltrações deixadas pela contração da resina durante sua fotopolimerização3. Sendo assim, surgiram diferentes protocolos de fotoativação na tentativa de se minimizar os efeitos da contração de polimerização.
segundos = 16 joules. Entretanto há outras combinações de intensidade e tempo que podem gerar um valor de 16 J e o tempo de duração da irradiação vai depender da intensidade do fotopolimerizador: aparelhos com alta intensidade de luz necessitam de um menor tempo de exposição.
Contudo, deve-se considerar a possibilidade negativa da alta intensidade de luz no desenvolvimento das tensões de contração, assim como na limitação do relaxamento das mesmas45, pois se sabe que a ação desta sobre a resina composta propicia uma rápida reação de polimerização. Isto significa que haverá uma passagem instantânea de um estado menos viscoso, pré-gel, para um estado rígido, pós-gel, de forma a se aumentar rapidamente o módulo de elasticidade e reduzir a possibilidade de alívio da contração de polimerização45. Assim sendo, o período pré-gel da resina composta, responsável pelo alívio das tensões provenientes da contração de polimerização, será muito pequeno e, após do desenvolvimento da rigidez da resina (pós-gel), haverá grande redução no escoamento deste polímero decorrente da impossibilidade de rearranjo das moléculas.
A aplicação de uma baixa intensidade de luz poderá prolongar a fase pré-gel, que ocorrerá mais lentamente, propiciando um escoamento das tensões da contração e um bom selamento marginal. Entretanto, ao se realizar polimerização com baixa intensidade, a resina pode ficar subpolimerizada, resultando em material com pobres propriedades físico-mecânicas. Assim, surgiram os diferentes protocolos de fotoativação na tentativa de se obter um melhor escoamento do polímero sem afetar as propriedades mecânicas e físicas da resina33.
As técnicas de fotoativação podem ser divididas em duas categorias: contínua e descontínua. O método contínuo abrange as técnicas de utilização da luz em seqüência, sem determinação de intervalo na sua aplicação, já o método descontínuo, como o próprio nome sugere, a aplicação da luz é interrompida por períodos sem a aplicação da mesma.
inicialmente polimerizada com baixa intensidade de luz por um curto período de tempo e, logo em seguida, aplica-se uma densidade de luz convencional por um período de tempo maior.
OBJETIVO
CAPÍTULO 01
INFLUENCE OF CURING PROTOCOLS ON THE MICROHARDNESS AND DEGREE OF CONVERSION OF COMPOSITE RESIN
ABSTRACT
INTRODUCTION: Light intensity and duration of exposure substantially influence polymerization, mechanical properties and clinical performance of restorations. Some light-curing modes can now be used to start the resin composite polymerization reaction. However, further studies are still required to analyze the real curing effectiveness of these protocols. PURPOSE: This study evaluated the microhardness and degree of conversion of composite resin Filtek Z-350 (3M ESPE), using halogen light VIP Junior (Bisco) utilizing different light curing protocols. METHODS: Three light curing protocols was used, which are: (S)standard 500mW/cm²- 40 s; (SS)soft start 300mW/cm²- 3 s and 500mW/cm²- 30 s; (PD)pulse delay 100mW/cm²- 3 s, 3 min in dark and 500mW/cm²- 30 s. The degree of conversion of the resin was made by microhardness Knoop and Raman spectroscopy. Five samples of each protocol were confectioned for the microhardness and one sample for the Raman. The tests were obtained 24 hours after the polymerization of the samples, they were stored for 24 hours in a dry light-proof container at 37 ºC. In the microhardness, five indentations were made in each surface (top and bottom) with a load of 10gf for 10s RESULTS: The hardness values achieved were submitted to Two-Way ANOVA and to test of Student-Newman-Keuls (p>0,05) . It was observed that microhardness and degree of conversion of specimens varied according to the protocol used. The S protocol provided the highest hardness values and degree of conversion, allowing the best curing. The top surface presented biggest values of hardness for protocols S and SS. On the other hand, the protocol PD did not present statistical difference between the surfaces of top and bottom. CONCLUSION: The different curing protocol affects the mechanical properties of the composite resin and the standard protocol showed the best mechanical properties, consequently, the best curing.
INTRODUCTION
Since resin composites were developed, dentists restored teeth by curing lights to cure layers of composites. Over the last few years, the industry has focused on reducing the resin curing time by using stronger curing lights and/or altering resin composition2. The incorporation of new monomers, new initiation systems and filler technologies have significantly improved the physical properties of these materials, expanding their use as direct and indirect restoratives. The resin composites have been classified according to their filler particle size as hybrid (0,5-3µm), microhybrid (0,4-1µm) and microfilled (0,04-0,4µm)13. More recently, with the introduction of nanotechnology in dentistry, a new class of resin composite, the nanocomposite (primary particle size of 20 or 75nm), became available to clinicians. According to the manufacturer, this nanocomposite presents physical properties similar to those of hybrid composites and is indicated for high stress bearing posterior restorations20. Thus, particularly in stress bearing areas, adequate polymerization could be considered a crucial factor in obtaining good clinical performance of resin composite restorations, so new curing light units and different curing protocols were developed to maximize their physical strength and clinical performance.
Recently, curing light technology advanced with the introductions of high intensity halogen lights, light emitting diode lights (LED) and plasma arc lights for resin composite polymerization4. Light intensity and duration of exposure substantially influence polymerization, mechanical properties and clinical performance of restorations. Some light-curing modes can now be used to start the resin composite polymerization reaction. Two categories of technique are commonly used in curing polymers: continuous (the light cure sequence is continuously) and discontinuous (the light cure is interrupted for a short time)2. For the continuous mode there are four types of protocols: standard, high energy, ramp and soft start; while the discontinuous mode has the pulse delay curing protocol.
low light intensity have a better marginal adaptation. This procedure, however, leads to inferior material properties, e.g. for microhardness, compressive strength, flexural strength caused by modest conversion of double bonds25,27.
Thus, in this study it was evaluated the degree of conversion and mechanical properties of the composite resin, respectively by Fourier transform Raman Spectroscopy and Knoop microhardness with different polymerization modes.
The study hypothesis was that no significance difference would be found between the curing-light protocols.
MATERIALS AND METHODS
The composite resin Filtek Z 350 (3M ESPE Dental Products, St Paul, MN, USA)), on shade A3 was tested in this study. Their compositions are described in Table 1.
Resin composite Composition BATCH VAL
Filtek Supreme (A3 shade)
Filler: 59,5 vol% combination of aggregated zirconia/silica cluster filler with primary particles size of 5-20nm, and nonagglomerated 20nm silica filler
Polymeric matrix: GMA, Bis-EMA, UDMA, TEGDMA
8NP 2011-02
Table 1- Composite resin composition (information provided by manufacturer)
1. Specimen preparation
2. Curing protocols
The unit of halogen light VIP (Variable Intensity Polymerizer) Junior (Bisco Inc., Schaumburg, Illinois, USA) was used with three light curing protocols, they are: Standard (S) – irradiate at constant light intensity of 500mW/cm² by 40 sec; Soft Start (SS) – start at 300mW/cm² for the first 3 sec, followed immediately by another 30 sec of irradiation at 500mW/cm² ; Pulse Delay (PD)- start at 100mW/cm² for the first 3 sec, wait for 3 min, then irradiate for another 30 sec at 300mW/cm² . Light output was checked with a hand-held radiometer (Gnatus Equipamentos Médico-Odontológicos Ltda, Ribeirão Preto, São Paulo, Brazil). For S and SS the tip of VIP was in contact with the polyester strip during the light activation. During the protocol of pulse delay, it was used a metal apparatus of 10mm of length to move away the VIP tip of the sample and thus to reach an intensity of 100mW/ cm². The radiant exposure was calculated as the product of the curing unit irradiance and the time of irradiation (Table 2). After each sample has been light activated, they are stored for 24 hours in a dry light-proof container at 37 ºC.
Groups Light Curing Protocol Total Energy
Standard (S) 500mW/cm² - 40s 20 J/cm²
Soft start (SS) 300mW/cm² - 3s + 500mW/cm² - 30s 15,9 J/cm²
Pulse delay (PD) 100mW/cm² - 3s + 3min dark + 500mW/cm² - 30s 15,3 J/cm² Table 2 – Curing modes and total energy
3. Knoop microhardness test
of the sample, from 1mm of the edge, and with 0,8mm of distance. With an optical microscope at 40x magnification each indentation was measured diagonally from one edge of the diamond-shaped impression to the other edge, on the diagonal. The data obtained by measuring the diagonal points were converted into KHN units (Knoop hardness number). The formula used to convert the data was:
KHN = 14,23 x 106 x F d²
where F is the force in grams, and d is the length the diagonal in micrometers.
4. Degree of Conversion (DC)
Cylindrical specimens (n=1), 2,5 mm high and 5 mm in diameter were built in a split metallic mold positioned between mylar strips. Specimens were stored dry for 24 h at 37°C and then submitted to degree of conversion (DC) analysis using FT-Raman spectroscopy (RAMII, Bruker Optics), with an Nd-Yag laser. Both irradiated and non-irradiated surfaces of the composite were analyzed. Spectra were obtained by co-addition of 500 scans, at a resolution of 4cm-1. DC was obtained by standard baseline techniques. The percentage of unreacted carbon–carbon double bonds (% C=C) was determined from the ratio of absorbance intensities of aliphatic C=C (peak height at 1638 cm-1) against internal standard before and after specimen polymerization. The aromatic carbon–carbon bond (peak height at 1608 cm-1) absorbance was used as an internal standard. The degree of conversion (DC) was determined by subtracting the % C=C from 100%.
STATISTICAL ANALYSIS
RESULTS
The KHN values obtained are listed in Table 3. It can be observed that it had statistical significant differences between the used curing protocols when the analysis was obtained in the top of specimens, being that the standard curing protocol presented biggest the values of hardness. However, when the value of the hardness was made in the opposing extremity of specimens (bottom), statistical significant differences between the curing protocols had not been observed. In the comparisons between the values of hardness observed in relation the localization of the indentation, it can be observed independently that the values of the top of specimens was statistical superior to the observed in the bottom, of the curing protocol used, except for the protocol pulse delay, where there is no significant statistical difference among top and bottom.
Table 3 - Averages and standard deviation of the different curing protocols in function of the surface (*)
Curing Protocol Top Bottom
Standard 54,90 ± 14,13 A 34,47 ± 10,26 BC
Soft start 41,35 ± 8,52 B 29,76 ± 6,31 C Pulse Delay 27,56 ± 6,27 C 23,08 ± 1,99 C (*) Similar letters represent no significant differences between themselves (Student-Newmans, p>0.05)
Raman test corroborated with the test of microhardness, the graphs show the relation between the degree of conversion of the uncured and cured resin with the top and the bottom of each sample. The Raman spectroscopy shows that the degree of conversion of the composite resin is higher when the standard curing protocol was used.
Protocol Standard Soft Start Pulse Delay Surface Top Bottom Top Bottom Top Bottom DC (%) 57,70 53,31 56,82 48,24 32,76 26,58
Graph 1 – Degree of conversion in standard protocol
Graph 3 – Intensity of Raman Spectra for pulse delay protocol. Observe (black arrows) the ratio between aliphatic (1638 cm-1) and aromatic (1608 cm-1) carbon double bond bands
Table 4 shows the degree of conversion of resin of each studied protocol, it can be observed that the biggest rate of conversion of the carbon linkings in the tested resin occurred for the standard protocol of light curing.
DISCUSSION
Over the last few years, several studies related to the degree of conversion and mechanical properties of resin composites have been developed10,11. However few have focused on the correlation between these resin composite characteristics.
and easier spectral/band analysis compared with the IR absorption technique22,23,26. In addition, the longer wavelengths used in FT-Raman systems reduced the effect of tissue fluorescence, it made the FT-Raman a technique used as a tool for characterization of polymer systems.
The polymerization of composite resin occurs by the conversion of the monomer molecules into a polymer network, the mode how these conversion occurs affects the mechanical properties of resin, so different polymerization modes can lead to the resulting polymer having different structures and these differences are shown in some physical properties, like hardness1,15. Depth of cure and microhardness are considered essential physical properties of composite resin materials, relevant to the clinical technique of incremental packing and curing25. The microhardness test has become a non-expensive and easy test, your application is widely used for many researchers1,6,12,14,16,21. Previously studies7,9,13,15,21 showed that high mechanical properties, like microhardness, are correlated with high value of degree of conversion.
One the most important parameters involved in resin composite light activation is the radiant exposure, calculated as the product of the irradiance, and the time of irradiation provided by the light unit. In the current study the radiant exposures generated by the three light curing protocols were close to the same value, to try to standardize the density of energy and obtained similar experimental conditions. The protocol S (standard) showed an energy of 20J/cm², while the protocol SS (soft start) showed 15,9J/cm² and the protocol PD (pulse delay) produced 15,3J/cm² of energy. Some studies have shown that uniform degree of conversion (DC) and microhardness through 2mm thickness of composite were achieved with 21-24 J/cm² 20.Others authors recommend that composite resin needs, at least, 16J/cm² to polymerize properly2.
According to Rahiotis and others18, light curing units emitting continuos high irradiance during the first 10 to 15 seconds of photopolymerization may cause rapid network formation at the superficial layer of the resin composites resulting in higher KHN values.
The DC values, describes in Table 4, corroborate with the results of microhardness test (S>SS>PD), showing a correlation between degree of conversion and microhardness values7,11,20. Lu13, in 2005, evaluated the degree of conversion, shrinkage stress and temperature of 3 protocols (soft start, standard and pulse delay). This study found that another aspect which affects conversion is the elevated temperature due to the exothermic polymerization as well as energy absorbed from the curing lamp, the results showed that the standard mode have greater temperature increases compared with the others protocols. This find can probably explain the greater value of KHN of the protocol S, however, in our study we didn’t measure the temperature.
The specimens evaluated in this study has a thickness of 2,5 mm. The higher KHN value, showed in Table 3, and higher DC (Table 4) observed in the top surface of all composite specimens might be explained by the fact the light easily excites the surface of light cured composites. However, with the increase of composite depth, part of this light is spread, absorbed, or its passage becomes more difficult because of the increase of density of the polymer formed which reduces the activation of camphorquinone molecules19. Our results corroborate previous studies that have shown the reduction of hardness with the increase of depth beyond 2mm1,3,25.
CONCLUSIONS
The results obtained under the conditions of this study rejected our hypothesis. The different curing protocol affects the mechanical properties of the composite resin. It was observed by the microhardness test and degree of conversion. This findings can be explained by the interrelation between the different curing protocols and reaction kinectics of composite resin. The curing protocol, probably, modifyed the molecular structure of composite resin, resulting in different values of microhardness and degree of conversion
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CONCLUSÃO
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